LIMNIMETRIE : Capteurs limnimètres

Les capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, peuvent être classés en 2 catégories:

les capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, avec contact et ceux sans contact avec l’eau.

Depuis les échelles limnimétriques jusqu’aux radars les limnimètres présentent une grande variété de capteurs.

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Capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, avec contact :

Lecture directe ou indirecte, mesure de temps de parcours, mesure de pression, sont les méthodes de mesure de niveau avec contact.

– La lecture directe s’effectue sur des échelles limnimétriques. Ce sont des plaques métalliques émaillées et graduées en centimètres placées verticalement ou à plat sur les sols inclinés. La détermination du niveau d’eau est effectuée par un observateur en lecture directe. L’investissement est très réduit, l’installation demande souvent un travail de génie civil, la maintenance se limite au nettoyage périodique des échelles. Leur tenue dans le temps est fonction des chocs qu’elles subissent. Le cout d’exploitation est élevé si l’observateur est permanant. La précision de la mesure est aléatoire et soumise aux erreurs humaines. Matériel historiquement implanté sur les cours d’eau, les échelles sont souvent le seul moyen de mesure et toujours la référence historique des cotes.

– La mesure indirecte concerne le flotteur. Relié à un traceur sur papier gradué, c’est le limnigraphe aujourd’hui abandonné, car trop contraignant en exploitation et peu sûr. Relié à un codeur il évitait les inconvénients liés à l’utilisation du papier, du stylet, de l’encre, le flotteur qui coince ou le câble qui glisse sur la poulie restent des inconvénients majeurs qui génèrent de fausses mesures et de nombreux déplacements. L’investissement est important, l’installation demande un gros travail de génie civil souvent malmené par des crues importantes. La surveillance sur place doit être constante et entraine un cout d’exploitation important. La précision de la mesure est bonne mais la pérennité n’est pas assurée. Le recueille des mesures pour le limnigraphe est manuel, il peut être assuré par une centrale d’acquisition si on lui adjoint un codeur.

– La mesure de temps de parcours est utilisée par les capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, à ultrasons immergés. Il s’agit d’une cellule piézoélectrique fixée au fonds du cours d’eau et relié par câble à une centrale d’acquisition qui est aussi destinée à exciter la cellule. Lorsqu’elle est excitée, la cellule émet une fréquence qui lui est retournée lorsqu’elle atteint l’interface air/eau La centrale mesure le temps qu’à mis l’onde de fréquence à parcourir la distance et en déduit la mesure de la lame d’eau Cette méthode peut onéreuse en investissement nécessite un génie civile au fond du cours d’eau pour fixer la cellule et enfouir le câble. La maintenance consiste à nettoyer la surface de la cellule lorsqu’elle se recouvre de limon. La précision est bonne lorsque le capteur limnimètre, ou sonde de niveau, est propre et que la température de l’eau varie peu. Pas simple à installer et nécessitant une certaine maintenance ce système de capteur limnimètre, ou sonde de niveau, n’a connu que peu de succès.

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– La mesure de pression est réalisée à l’aide de capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, dits « bulle à bulle » ou par des sondes immergées. La méthode, du capteur limnimètre ou sonde de niveau, « bulle à bulle » consiste à immerger et maintenir un tube dans le cours d’eau. A l’autre extrémité un compresseur envoie de façon cyclique une pression dans ce tube. Un système d’acquisition enregistre la valeur de pression qui est nécessaire pour qu’une bulle s’échappe du tuyau à l’autre extrémité. Cette méthode demande peut d’infrastructure et d’investissement. La présence indispensable d’un compresseur limite cependant l’intérêt de ce moyen. En effet soit le compresseur est important alors il demande une alimentation secteur, soit il est miniature et il devient le point faible mécanique du système. Les sondes immergées (capteurs de presion) sont des cylindres de métal immergés, contenant une cellule de silicium ou de céramique et une électronique miniature. La pression exercée par la colonne d’eau située au dessus du capteur limnimètre, ou sonde de niveau, produit une déformation de la cellule laquelle génère une tension proportionnelle à la pression exercée et donc au niveau de l’eau. Le câble qui relie la sonde au système d’acquisition transporte le signal vers ce système. Les couts d’investissement et d’installation sont faibles. Alimenté en courant faible et sans maintenance ce moyen est le plus économique. La résolution, pour ce type de capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, est de l’ordre du millimètre, la précision dépend de la linéarité et est inversement proportionnelle à la pleine échelle. Elle n’est influencée que par les variations de température de l’eau.

L’inconvénient commun à tous les capteurs limnimètres, ou sondes de niveau immergés, réside dans le fait qu’en cas de crue les capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, sont très souvent endommagés voire détruits. L’utilisation des les capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, immergés en hydrologie peut se justifier mais en annonce de crues le risque de ne plus avoir de mesure en période de crise doit conduire à associer à ces les capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, immergés à d’autres moyens, ou à les remplacer par d’autres moyens.

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Capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, sans contact :

Il existe deux moyens : l’ultrason et l’hyper fréquence(radar).

Pour schématiser, tous deux font appel à la mesure du temps de parcours. C’est à dire que la cellule sensible du capteur limnimètre à ultrason, ou l’antenne hyper fréquence de la sonde de niveau radar, émet une fréquence et mesure le temps qu’elle met pour lui revenir après avoir rebondit sur la surface de l’eau. Connaissant, dans le cas de la sonde de niveau à ultrason, la vitesse du son dans l’air et dans l’autre cas celle de la lumière, l’électronique calcule la distance qui sépare le capteur limnimètre de l’eau. Le système d’acquisition qui reçoit, du capteur limnimètre, cette information en déduit la hauteur d’eau. Ces deux moyens peuvent être gênés par la présence prolongée d’obstacles entre les capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, et la surface de l’eau La mesure donnée par le capteur limnimètre à ultrason est fortement influencée par la température et la présence de vent. l’imprécision du capteur limnimètre à ultrason est directement liée à la distance d’air qui le sépare de l’eau. Ce moyen n’est donc pas bien adapté à la mesure des cours d’eau, il est idéal pour la mesure en réservoir. L’investissement est raisonnable.

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La mesure donnée par le capteur limnimètre radar n’est influencée par rien et sa précision est identique quelque soit la distance qui sépare le capteur limnimètre de l’eau. C’est le moyen idéal pour la mesure des cours d’eau. L’investissement est 3 à 4 fois plus élevé que pour un capteur limnimètre à ultrason, Dans les deux cas l’installation, peut être très simple (fixé sur un pont) ou demander un génie civil important suivant le lieu d’implantation. Dans tous les cas, sauf pour le capteur limnimètre « bulle à bulle » et le capteur limnimètre à ultrasons immergé, il est possible de limiter considérablement les travaux d’installation en rendant les capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, autonomes en énergie et en transmission. Pour cela les capteurs limnimètres, ou sondes de niveau, sont alimentés en basse tension par des panneaux solaires et les signaux sont transportés par radio courte portée à la centrale d’acquisition.